iSi-Care: Mit künstlicher Intelligenz und silikonbasiertem Elektroden-Array zur differenzierten Versorgung bei akuten Gelenksverletzungen
Verletzungen am Kniegelenk zählen mit 13,6 % zu den häufigsten Unfallverletzungen in Deutschland. Bezogen auf die Gesamtbevölkerung bedeutet dies jährlich zwei Millionen behandlungsbedürftige Kniegelenke. Zur Routinediagnostik gehört das MRT, welches strukturelle Schäden erkennt. Ergänzend erfolgt eine funktionelle Analyse der Beweglichkeit und Kraft. Diese sind jedoch meist von Schmerzen überlagert und daher nur eingeschränkt zu beurteilen. Eine exakte Diagnostik ist jedoch unerlässlich, da selbst minimalinvasive Eingriffe zu einer Veränderung der Mechanik des Kniegelenks führen können, was das Risiko für Folgeverletzungen und nachträgliche Eingriffe deutlich erhöht.
Ziel des Forschungsvorhabens ist, mit der hochauflösenden Elektromyographie (HD-EMG) ein Werkzeug einzuführen, das dem Arzt eine muskuläre Funktionsdiagnose ermöglicht. Die EMG ermittelt den Erregungs- und Kontraktionszustand der Muskulatur unabhängig von der Bewegungsausführung. Die Applikation der Elektroden auf dem Gelenk ist jedoch zeitintensiv und erfordert Erfahrung. Hier liegt der Lösungsansatz in einer Elektrodenmanschette. Diese besteht aus einem Elektrodenarray eingebunden in eine elastische Polymermatrix, die sich an die komplexe Anatomie des Knies anpasst.
Das IBMT entwickelt die Elektronik für die Array-Elektrode. Biomechanische Modelle werden mit Algorithmen des maschinellen Lernens kombiniert und in die EMG-Manschette integriert. Anhand mathematischer Modelle werden komplexe Muskelsignale durch eine KI interpretiert.
Die Aufgabe des FILK erstreckt sich auf den Bereich der Werkstofftechnik. Dazu zählt die Entwicklung der Polymermatrix auf Silikonbasis sowie der Leiterbahnen auf Grundlage von nanopartikulären, leitfähigen Kohlenstoffkomponenten.
Damit entsteht innerhalb des Forschungsprojekts ein Prototyp, der perspektivisch auf weitere Gelenke wie Schulter und Hüfte übertragen werden kann.
Entwurf eines flexiblen Elektrodenarrays bestehend aus einer Silikonmatrix (blau), auf der Elektroden und Leiterbahnen (orange) appliziert sind
Projektpartner: Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen, FILK, gGmbH, Freiberg
Laufzeit: 01.03.2023 – 28.02.2025